Nova Seda de Aranha Artificial: Mais forte que o aço e 98 por cento de água

A seda da humilde aranha tem algumas propriedades bastante impressionantes. É um dos materiais mais robustos encontrados na natureza, mais forte que o aço e mais resistente que o Kevlar. Pode ser esticada várias vezes o seu comprimento antes de se partir. Por estas razões, replicar a seda de aranha no laboratório tem sido uma obsessão entre os cientistas de materiais durante décadas.

Agora, investigadores da Universidade de Cambridge criaram um novo material que imita a força, elasticidade e capacidade de absorção de energia da seda de aranha. Este material oferece a possibilidade de melhorar os produtos, desde capacetes de bicicleta a pára-quedas, casacos à prova de bala até às asas de aviões. Talvez a sua propriedade mais impressionante? É 98% de água.

“As aranhas são modelos interessantes porque são capazes de produzir estas magníficas fibras de seda à temperatura ambiente utilizando água como solvente”, diz Darshil Shah, um engenheiro do Centro de Inovação de Materiais Naturais de Cambridge. “Este processo das aranhas tem evoluído ao longo de centenas de milhões de anos, mas até agora não conseguimos copiar”

As fibras feitas em laboratório são criadas a partir de um material chamado hidrogel, que é 98 por cento água e 2 por cento sílica e celulose, estas duas últimas mantidas juntas por cucurbiturils, moléculas que servem como “algemas”. As fibras de sílica e de celulose podem ser arrancadas do hidrogel. Após cerca de 30 segundos, a água evapora, deixando para trás apenas o fio forte e elástico.

As fibras são extremamente fortes – embora não tão fortes como as sedas de aranha mais fortes – e, significativamente, podem ser feitas à temperatura ambiente sem solventes químicos. Isto significa que se puderem ser produzidas à escala, têm uma vantagem sobre outras fibras sintéticas como o nylon, que requerem temperaturas extremamente elevadas para a fiação, tornando a produção têxtil uma das indústrias mais sujas do mundo. A seda artificial da aranha é também completamente biodegradável. E como é feita de materiais comuns e facilmente acessíveis – principalmente água, sílica e celulose – tem o potencial de ser acessível.

Porque o material pode absorver tanta energia, poderia potencialmente ser usado como um tecido protector.

“As aranhas precisam dessa capacidade de absorção porque quando uma ave ou uma mosca bate na sua teia, precisa de ser capaz de absorver isso, caso contrário vai partir-se”, diz o Shah. “Assim, coisas como estilhaços resistentes a estilhaços ou outro vestuário militar protector, que seria uma aplicação excitante”

Outras aplicações potenciais incluem tecido de vela, tecido de pára-quedas, material de balão de ar quente, e capacetes de bicicleta ou de skate. O material é biocompatível, o que significa que poderia ser utilizado no interior do corpo humano para coisas como pontos.

As fibras também podem ser modificadas de várias maneiras interessantes, diz o Shah. Substituir a celulose por vários polímeros poderia transformar a seda num material totalmente diferente. O método básico poderia ser replicado para produzir versões de baixo aquecimento, sem necessidade de solventes químicos, de muitos tecidos.

“É um método genérico para tornar todas as fibras, para tornar qualquer forma de fibra verde”, diz Shah.

Shah e a sua equipa estão longe de ser os únicos cientistas a trabalhar na criação de seda artificial de aranha. Ao contrário dos bichos-da-seda, que podem ser cultivados para a sua seda, as aranhas são canibais que não tolerariam a proximidade necessária para a agricultura, pelo que recorrer ao laboratório é a única forma de obter quantidades significativas do material. De poucos em poucos anos traz manchetes sobre novas incursões no processo. Uma equipa alemã modificou a bactéria E-coli para produzir moléculas de seda de aranha. Cientistas da Universidade Estadual de Utah criaram “cabras-aranha” geneticamente modificadas para produzir proteínas de seda no seu leite. O exército americano está a testar a “seda do dragão” produzida através de bichos-da-seda modificados para utilização em coletes à prova de bala. No início deste ano, investigadores do Instituto Karolinska na Suécia publicaram um artigo sobre um novo método para a utilização de bactérias para produzir proteínas de seda de aranha de uma forma potencialmente sustentável e escalável. E nesta primavera, a empresa de arranque Bolt Threads, sediada na Califórnia, estreou os coletes de seda de aranha com bioengenharia no festival SXSW. O seu produto é feito através de um processo de fermentação de levedura que produz proteínas de seda, que depois passam por um processo de extrusão para se transformarem em fibras. É suficientemente promissor ter gerado uma parceria com o fabricante de exterior Patagonia.

Mas, como uma história da Wired de 2015 indica, “até agora, todos os grupos que tentaram produzir o suficiente do material para o trazer para o mercado de massas, desde investigadores a corporações gigantescas, falharam praticamente”.

Este é o desafio que o Xá e a sua equipa enfrentam neste momento.

“Actualmente, fazemos cerca de algumas dezenas de miligramas destes materiais e depois retiramos fibras dos mesmos”, diz ele. “Mas queremos tentar fazer isto a uma escala muito maior”

Para isso, a equipa está a trabalhar num dispositivo robótico para puxar e fiar fibras mais rapidamente e a uma escala maior do que anteriormente. Tiveram algum sucesso, diz Shah, e continuam a explorar o processo.

“Ainda estamos nas fases iniciais da investigação”, diz ele.

Os resultados da equipa foram recentemente publicados na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.